Szivárgás észlelés

by / Péntek, március 25 2016 / Megjelent a Magasfeszültség

Csővezeték szivárgás észlelés arra szolgál, hogy meghatározzák, szivárgás történt-e bizonyos esetekben folyadékokat és gázokat tartalmazó rendszerekben. A kimutatási módszerek között szerepel a hidrosztatikus vizsgálat a csővezeték felépítése után és a szivárgás észlelése a szervizelés során.

A csővezeték-hálózatok az olaj, a gázok és más folyékony termékek szállításának leggazdaságosabb és legbiztonságosabb módja. A távolsági szállítás eszközeként a csővezetékeknek magas biztonsági, megbízhatósági és hatékonysági követelményeket kell kielégíteniük. Megfelelő karbantartás esetén a csővezetékek határozatlan ideig szivárgás nélkül is működhetnek. A legjelentősebb szivárgásokat a közeli ásatási berendezések sérülése okozza, ezért feltárás előtt kritikusan fel kell hívni a hatóságokat annak biztosítására, hogy a közelben ne legyenek eltemetett csővezetékek. Ha a csővezetéket nem tartják megfelelően karban, akkor lassan korrodálódhat, különösen az építőelemeknél, az alacsony pontokon, ahol a nedvesség összegyűlik, vagy a csőben hiányosságokkal rendelkező helyeken. Ezeket a hibákat azonban ellenőrző eszközökkel lehet azonosítani és kijavítani, mielőtt azok szivárgássá alakulnának. A szivárgás további okai lehetnek a balesetek, a földmozgás vagy a szabotázs.

A szivárgásjelző rendszerek (LDS) elsődleges célja, hogy segítsék a csővezeték-vezérlőket a szivárgások felismerésében és lokalizálásában. Az LDS riasztást biztosít és más kapcsolódó adatokat jelenít meg a csővezeték vezérlőinek a döntéshozatal elősegítése érdekében. A csővezeték szivárgásérzékelő rendszerei szintén előnyösek, mivel javítják a termelékenységet és a rendszer megbízhatóságát a csökkentett állásidő és a csökkent ellenőrzési időnek köszönhetően. Az LDS ezért a csővezeték-technológia fontos szempontja.

Az „RP 1130” API dokumentum szerint az LDS fel van osztva belső alapú és külső alapú LDS-re. A belső alapú rendszerek terepi műszereket (például áramlás-, nyomás- vagy folyadékhőmérséklet-érzékelőket) használnak a csővezeték belső paramétereinek figyelésére. A külső alapú rendszerek terepi műszereket is használnak (például infravörös rádiómérők vagy hőkamerák, gőzérzékelők, akusztikus mikrofonok vagy száloptikai kábelek) a csővezeték külső paramétereinek figyelésére.

Szabályzat

Néhány ország hivatalosan szabályozza a csővezeték üzemeltetését.

RP RP 1130 „Számítógépes csővezeték-megfigyelés folyadékokhoz” (USA)

Ez az ajánlott gyakorlat (RP) az algoritmikus megközelítést alkalmazó LDS tervezésére, megvalósítására, tesztelésére és működtetésére összpontosít. Ennek az ajánlott gyakorlatnak az a célja, hogy segítse a csővezeték-üzemeltetőt az LDS kiválasztásával, megvalósításával, tesztelésével és működésével kapcsolatos kérdések azonosításában. Az LDS-eket belső és külső alapokra osztják. A belső alapú rendszerek helyszíni műszereket alkalmaznak (pl. Az áramlás, a nyomás és a folyadék hőmérséklete szempontjából) a belső csővezeték paramétereinek figyelemmel kísérésére; ezeket a csővezeték-paramétereket később felhasználják a szivárgás következtetésére. A külső alapú rendszerek helyi, dedikált érzékelőket használnak.

TRFL (Németország)

A TRFL a „Technische Regel für Fernleitungsanlagen” (a csővezeték-rendszerek műszaki szabálya) rövidítése. A TRFL összefoglalja a hatósági előírások hatálya alá tartozó vezetékekre vonatkozó követelményeket. Ez magában foglalja a gyúlékony folyadékokat szállító csővezetékeket, a vízre veszélyes folyadékokat szállító csővezetékeket és a legtöbb gázt szállító csővezetékeket. Öt különböző típusú LDS vagy LDS funkcióra van szükség:

  • Két független LDS a folyamatos szivárgás észlelésére egyensúlyi állapotban. Ezen rendszerek egyikének vagy egy kiegészítő rendszernek képesnek kell lennie arra is, hogy észlelje a szivárgásokat átmeneti üzem közben, pl. A csővezeték indításakor
  • Egy LDS a szivárgás észlelésére bekapcsolás közben
  • Egy LDS a kúszó szivárgáshoz
  • Egy LDS a gyors szivárgás helyére

követelmények

API 1155 (helyébe az API RP 1130 lép) meghatározza az LDS következő fontos követelményeit:

  • Érzékenység: Az LDS-nek biztosítania kell, hogy a folyadék vesztesége a szivárgás következtében a lehető legkisebb legyen. Ez két követelményt támaszt a rendszerrel: fel kell észlelnie a kis szivárgásokat, és gyorsan fel kell ismernie azokat.
  • Megbízhatóság: A felhasználónak képesnek kell lennie az LDS-re bízni. Ez azt jelenti, hogy helyesen kell jelentenie a valódi riasztásokat, de ugyanolyan fontos, hogy nem generál hamis riasztásokat.
  • Pontosság: Néhány LDS képes kiszámítani a szivárgásáramot és a szivárgás helyét. Ezt pontosan meg kell tenni.
  • Robusztus: Az LDS-nek továbbra is nem ideális körülmények között kell működnie. Például transzduktor hiba esetén a rendszernek fel kell tárnia a hibát, és folytatnia kell a működést (esetleg szükséges kompromisszumokkal, például csökkent érzékenységgel).

Állandósági és átmeneti állapotok

Állandó körülmények között az áramlás, a nyomások stb. A csővezetékben (többé-kevésbé) állandóak az idő függvényében. Átmeneti körülmények között ezek a változók gyorsan változhatnak. A változások, mint a hullámok a csővezetéken, a folyadék hangsebességével terjednek. Átmeneti állapotok fordulnak elő a csővezetékben, például üzembe helyezéskor, ha a nyomás a bemeneti vagy kimeneti oldalon megváltozik (még akkor is, ha a változás kicsi), és ha egy tétel megváltozik, vagy ha több termék van a csővezetékben. A gázvezetékek szinte mindig átmeneti körülmények között vannak, mivel a gázok nagyon összenyomhatók. Még a folyékony csővezetékekben sem lehet figyelmen kívül hagyni a tranziens hatásokat. Az LDS-nek lehetővé kell tennie a szivárgások észlelését mindkét esetben, hogy a szivárgás észlelhető legyen a csővezeték teljes működési ideje alatt.

Belső alapú LDS

Áttekintés a belsőleg működő LDS-ről

A belső alapú rendszerek helyszíni műszereket alkalmaznak (pl. Az áramlás, a nyomás és a folyadék hőmérséklete szempontjából) a belső csővezeték paramétereinek figyelemmel kísérésére; ezeket a csővezeték-paramétereket később felhasználják a szivárgás következtetésére. A belső alapú LDS rendszerköltsége és bonyolultsága mérsékelt, mert a meglévő terepi műszereket használják. Ezt a fajta LDS-t használják a szokásos biztonsági követelményekhez.

Nyomás / áramlás ellenőrzése

A szivárgás megváltoztatja a csővezeték hidraulikáját, ezért egy idő után megváltoztatja a nyomást vagy az áramlási értéket. A nyomás vagy az áramlás helyi ellenőrzése tehát csak egy ponton egyszerű szivárgás-észlelést biztosíthat. Mivel helyben történik, elvileg nem igényel telemetriát. Ez azonban csak egyensúlyi állapotban hasznos, és korlátozottan képes megbirkózni a gázvezetékekkel.

Akusztikus nyomáshullámok

Az akusztikus nyomáshullám-módszer a szivárgáskor keletkező ritkaság-hullámokat elemzi. Amikor a csővezeték falának bomlása bekövetkezik, folyadék vagy gáz távozik nagy sebességű sugár formájában. Ez negatív nyomáshullámokat eredményez, amelyek mindkét irányban terjednek a csővezetéken belül, és felismerhetők és elemezhetők. A módszer működési elvei a nyomáshullámok nagyon fontos jellemzőjén alapulnak, amelyek nagy távolságokat tesznek lehetővé a csővezeték falai által vezérelt hangsebességgel. A nyomáshullám amplitúdója a szivárgás méretével növekszik. Egy komplex matematikai algoritmus elemzi a nyomásérzékelők adatait, és másodpercek alatt képes a szivárgás helyére mutatni 50 m (164 láb) alatti pontossággal. Kísérleti adatok azt mutatták, hogy a módszer képes 3 mm-nél (0.1 hüvelyk) kisebb átmérőjű szivárgások észlelésére és az ipar legkisebb téves riasztási gyakoriságával működni - kevesebb, mint 1 hamis riasztás évente.

A módszer azonban a kezdeti esemény után nem képes észlelni a folyamatban lévő szivárgást: a csővezeték falának lebontása (vagy szakadása) után a kezdeti nyomáshullámok elhalványulnak, és későbbi nyomáshullámok nem keletkeznek. Ezért, ha a rendszer nem észleli a szivárgást (például azért, mert a nyomáshullámokat átmeneti nyomáshullámok maszkolják olyan működési esemény miatt, mint a szivattyúnyomás változása vagy a szelep váltása), akkor a rendszer nem fogja észlelni a folyamatban lévő szivárgást.

Kiegyensúlyozó módszerek

Ezek a módszerek a tömegmegőrzés elvén alapulnak. Állandó állapotban a tömegáram \ Dot {M} _I szivárgásmentes csővezetékbe való belépés kiegyensúlyozza a tömegáramot \ Dot {M} _O hagyva; bármilyen tömegcsökkenés, amely elhagyja a csővezetéket (tömeg egyensúlyhiány \ dot {M} _I - \ dot {M} _O) szivárgást jelez. A kiegyensúlyozó módszerek mérik \ Dot {M} _I és a \ Dot {M} _O áramlásmérők segítségével végül kiszámítja az egyensúlyhiányt, amely az ismeretlen, valódi szivárgásáram becslése. Összehasonlítottuk ezt az egyensúlyhiányt (általában több időszak alatt figyeltük) a szivárgásjelző küszöbértékkel \gamma riasztást generál, ha ez a figyelt egyensúlyhiány bekövetkezik. A továbbfejlesztett kiegyensúlyozási módszerek emellett figyelembe veszik a csővezeték tömegleltárának változását. A továbbfejlesztett vonalegyensúlyozási technikákhoz használt nevek a térfogatmérleg, a módosított térfogatmérleg és a kompenzált tömegmérleg.

Statisztikai módszerek

A statisztikai LDS statisztikai módszereket használ (pl. A döntéselmélet területéről) a nyomás / áramlás egyetlen ponton történő elemzéséhez vagy az egyensúlyhiányhoz a szivárgás észlelése érdekében. Ez lehetőséget nyújt a szivárgási döntés optimalizálására, ha bizonyos statisztikai feltételezések fennállnak. Általános megközelítés a hipotézis teszt eljárás

\ text {Hipotézis} H_0: \ text {Nincs szivárgás}
\ text {Hipotézis} H_1: \ text {Leak}

Ez egy klasszikus észlelési probléma, és a statisztikákból számos megoldás ismert.

RTTM módszerek

Az RTTM jelentése „Valós idejű átmeneti modell”. Az RTTM LDS matematikai modelleket alkalmaz a csővezetéken belüli áramlásról olyan alapvető fizikai törvények felhasználásával, mint a tömeg megőrzése, a lendület megőrzése és az energia megőrzése. Az RTTM-módszerek a kiegyensúlyozó módszerek továbbfejlesztésének tekinthetők, mivel emellett a lendület és az energia megőrzésének elvét alkalmazzák. Az RTTM lehetővé teszi a tömegáram, a nyomás, a sűrűség és a hőmérséklet valós idejű kiszámítását a csővezeték minden pontján matematikai algoritmusok segítségével. Az RTTM LDS könnyen modellezheti az egyensúlyi állapotot és a tranziens áramlást egy csővezetékben. Az RTTM technológia segítségével szivárgások észlelhetők egyensúlyi állapotban és tranziens körülmények között. Megfelelően működő műszerekkel a rendelkezésre álló képletek segítségével funkcionálisan megbecsülhető a szivárgási sebesség.

E-RTTM módszerek

Jeláramlás kiterjesztett valós idejű tranziens modell (E-RTTM)

Az E-RTTM jelentése „kiterjesztett valós idejű átmeneti modell”, az RTTM technológiát és statisztikai módszereket alkalmazva. Tehát a szivárgás észlelése stabil állapotú és átmeneti állapotban, nagy érzékenység mellett lehetséges, és a hamis riasztásokat statisztikai módszerekkel elkerüljük.

A maradék módszernél egy RTTM modul kiszámítja a becsléseket \ Hat {\ dot {M}} _ I, \ Hat {\ dot {M}} _ O MASS FLOW esetén a bemeneti és kimeneti sorrendben. Ezt meg lehet tenni a nyomás és a hőmérséklet a bemeneten (p_I, T_I) és aljzat (p_o, NAK NEK). Ezeket a becsült tömegáramokat összehasonlítják a mért tömegáramokkal \ Dot {M} _I, \ Dot {M} _O, így a maradékot kapjuk x = \ dot {M} _I - \ hat {\ dot {M}} _ I és a y = \ dot {M} _O - \ hat {\ dot {M}} _ O. Ezek a maradékok nulla közelében vannak, ha nincs szivárgás; egyébként a maradványok jellegzetes aláírást mutatnak. A következő lépésben a maradványokat szivárgási aláírás-elemzésnek vetjük alá. Ez a modul elemzi azok időbeli viselkedését azáltal, hogy kivonja és összehasonlítja a szivárgásos aláírást az adatbázisban lévő szivárgási aláírásokkal („ujjlenyomat”). A szivárgásjelzést akkor adják meg, ha a kivont szivárgási aláírás megegyezik az ujjlenyomattal.

Külső alapú LDS

A külső alapú rendszerek helyi, dedikált érzékelőket használnak. Az ilyen LDS rendkívül érzékeny és pontos, de a rendszer költsége és a telepítés bonyolultsága általában nagyon magas; az alkalmazások ezért csak speciális, magas kockázatú területekre korlátozódnak, például folyók közelében vagy természetvédelmi területekre.

Digitális olajszivárgás-érzékelő kábel

A digitális érzékelő kábelek félig áteresztő belső vezetékek fonatából állnak, amelyeket egy áteresztő szigetelő öntött zsinór védi. Az elektromos jelet a belső vezetők továbbítják, és a kábelcsatlakozón belül egy beépített mikroprocesszor figyeli. A kilépő folyadékok átjutnak a külső áteresztő fonaton, és érintkezésbe kerülnek a belső féligáteresztő vezetőkkel. Ez megváltoztatja a kábel elektromos tulajdonságait, amelyeket a mikroprocesszor észlel. A mikroprocesszor a folyadékot 1 méteres felbontásig képes meghatározni annak hossza mentén, és megfelelő jelet szolgáltathat a felügyeleti rendszereknek vagy az operátoroknak. Az érzékelőkábelek csővezetékek köré tekerhetők, csővezetékekkel eltemethetők vagy a csövekben csőbe helyezhetők.

Infravörös radiometrikus csővezeték tesztelése

 

Az eltemetett sífutó olajvezeték légi termogramja, amely felfedi a szivárgás által okozott felszín alatti szennyeződést

Az infravörös termográfiai csővezeték-tesztek mind pontosak, mind hatékonyak voltak a felszín alatti csővezeték-szivárgások, az erózió által okozott üregek, a csővezeték szigetelésének romlása és a rossz töltöttség észlelésében és felderítésében. Amikor egy csővezeték szivárgása lehetővé tette, hogy egy folyadék, például víz, csövet képezzen a csővezeték közelében, a folyadék hővezető képessége eltér a száraz talajtól vagy a feltöltéstől. Ez a szivárgás helye felett különböző felületi hőmérsékleti mintákban fog tükröződni. A nagy felbontású infravörös rádiómérő lehetővé teszi a teljes területek beolvasását, és az így kapott adatok képként történő megjelenítését különböző hőmérsékletű területekkel, amelyeket fekete-fehér képen különböző szürke tónusok vagy színes képeken különböző színek jelölnek. Ez a rendszer csak a felszíni energiamintákat méri, de azok a minták, amelyeket a talaj felszínén mérnek egy eltemetett csővezeték felett, segíthetnek megmutatni, hol alakulnak ki a csővezeték szivárgásai és ebből eredő eróziós üregek; olyan problémákat észlel, amelyek akár 30 méterre a talaj felszíne alatt vannak.

Akusztikus emissziós detektorok

A kilépő folyadékok hangjelzést adnak, amikor áthaladnak a cső lyukán. A csővezeték külső oldalára rögzített akusztikus érzékelők a vezeték belső zajától sértetlen állapotban alapvonal akusztikus „ujjlenyomatát” hozzák létre. Szivárgás esetén az alacsony frekvenciájú akusztikus jelet észleljük és elemezzük. Az alapvonal „ujjlenyomatától” való eltérés riasztást jelez. Most az érzékelők jobban el vannak rendezve a frekvenciasáv kiválasztásával, az idő késleltetési tartomány kiválasztásával stb. Ez a grafikonokat megkülönböztetőbbé és könnyebben elemezhetővé teszi. A szivárgás észlelésére más módszerek is vannak. A szűrőelrendezéssel ellátott földi telefonok nagyon hasznosak a szivárgás helyének pontos meghatározásához. Ez megtakarítja a feltárási költségeket. A talajban lévő vízsugara eléri a talaj vagy a beton belső falát. Ez enyhe zajt fog okozni. Ez a zaj el fog romlani, miközben felszínre kerül. De a maximális hang csak a szivárgás helyzetében vehető fel. Az erősítők és a szűrő segít a tiszta zaj elérésében. A csővezetékbe bevitt bizonyos típusú gázok a csőből való távozáskor számos hangot adnak.

Gőzérzékelő csövek

A gőzérzékelő cső szivárgás-észlelési eljárása magában foglalja a cső felszerelését a csővezeték teljes hosszában. Ez a cső - kábel formájában - jól átjárja az adott alkalmazásban kimutatható anyagokat. Szivárgás esetén a mérendő anyagok gőz, gáz vagy vízben oldva érintkezésbe kerülnek a csővel. Szivárgás esetén a szivárgó anyag egy része diffundál a csőbe. Bizonyos idő elteltével a cső belseje pontos képet készít a csövet körülvevő anyagokról. Az érzékelőcsőben jelenlévő koncentrációeloszlás elemzéséhez egy szivattyú állandó sebességgel tolja el a csőben lévő levegő oszlopot egy detektáló egység mellett. Az érzékelőcső végén lévő érzékelőegység gázérzékelőkkel van felszerelve. A gázkoncentráció minden növekedése kifejezett „szivárgási csúcsot” eredményez.

Száloptikai szivárgás észlelése

Legalább két száloptikai szivárgásérzékelési módszer kerül kereskedelmi forgalomba: elosztott hőmérséklet-érzékelés (DTS) és elosztott akusztikus érzékelés (DAS). A DTS módszer magában foglal egy száloptikai kábel beépítését a megfigyelt csővezeték hosszában. A mért anyagok szivárgás esetén érintkeznek a kábellel, megváltoztatják a kábel hőmérsékletét és megváltoztatják a lézersugár impulzusának visszaverődését, jelezve a szivárgást. A helyet úgy lehet megérteni, hogy megmérjük a késleltetést a lézerimpulzus kibocsátása és a visszaverődés észlelése között. Ez csak akkor működik, ha az anyag hőmérséklete eltér a környezeti környezettől. Ezenkívül az elosztott száloptikai hőmérséklet-érzékelési technika lehetőséget kínál a hőmérséklet mérésére a csővezeték mentén. A rost teljes hosszának letapogatásával meghatározzuk a rost hőmérsékleti profilját, ami szivárgás észleléséhez vezet.

A DAS módszer magában foglalja a száloptikai kábel hasonló telepítését a megfigyelt csővezeték hosszában. A csővezetéktől szivárgás közben elhagyott anyag által okozott rezgések megváltoztatják a lézersugár impulzusának visszaverődését, jelezve a szivárgást. A helyet úgy lehet megérteni, hogy megmérjük a késleltetést a lézerimpulzus kibocsátása és a visszaverődés észlelése között. Ez a technika kombinálható az elosztott hőmérséklet-érzékelési módszerrel is, hogy a csővezeték hőmérsékleti profilját biztosítsák.

TOP

FELHASZNÁLÁSA AZ RÉSZLETEI?